做测一金属电阻丝的电阻Rx的实验.
(1)某实验小组要用“伏安法”测量电阻丝的电阻Rx,已知电压表内阻约3kΩ,电流表内阻约1Ω,若采用下图1电路测量,则Rx的测量值比真实值______(填“偏大”或“偏小”).若Rx约为10Ω应采用______(选“图1”或“图2”)的电路,误差会比较小.
(2)若该实验小组实验时,用螺旋测微器测量金属丝直径的某次测量如图3所示,则该金属丝的直径D为______ mm;某次测量时电压表和电流表的示数如下图4所示,则电流表示数为______ A,电压表读数为______ V.
(3)该实验小组经过讨论,发现无论是用图1或图2测量,都不可避免产生由电表内阻引起的系统测量误差,于是该实验小组又设计了如图5所示的实验方案,利用该方案测量的主要实验步骤如下:
第一步:将电键S2接2,闭合电键S1,调节滑动变阻器RP和RW,使电表读数接近满量程,但不超过量程,记录此时电压表和电流表的示数为U1、I1.
①请你根据实验原理为该实验小组写出接下的第二步操作,并说明需要记录的数据:______;
②由以上记录的数据计算出被测电阻Rx的表达式为Rx=______;
③简要分析此实验方案为何能避免电表内阻引起的实验误差:______.
(1)根据欧姆定律R=
可知,若采用甲图的电路,由于电压表的分流作用,使得电阻的测量值偏小;若用电流表的内接法,则R测=U I
=(Rx+RA)>Rx,所以测量值偏大. U I
(2)螺旋测微器的读数是先读主尺刻度,再读可动刻度.1mm+20.0×0.01mm=1.200mm
电流表的刻度每一小格是0.1A,所以读数为:I=0.73A;电压表的刻度每一小格是0.5V,读数为11.7V.
(3)①将电键S2接1,只调节滑动变阻器RW,保持RP不变,记录这时电压表和电流表的示数U2、I2
②第一步时应有:
=Rx+RA+RPU1 I1
第二步时应有:
=RA+RPU2 I2
联立以上两式解得Rx=
-U1 I1 U2 I2
③把电流表看做一电阻,由于
=Rx+(RA+RP),U1 I1
=RA+RP,两式相减,消去(RA+RP)得出Rx,避免了电流表引起的测量误差U2 I2